肠道屏障、肠粘膜与免疫2015.5.21
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Wilmore等曾把肠道称作是外科患者应激反应的中心器官之一。
近年来研究表明,肠道是人体最大的外周免疫器官,肠黏膜间质中的T 淋巴细胞和浆细胞在抗原刺激下产生大量的分泌型S-IgA,这种局部免疫反应构成肠黏膜屏障的第一道防线;若抗原物质穿过肠壁进入门静脉或淋巴管,到达肝脏或肠系膜后,肠壁和肠系膜的淋巴组织及肝、脾内网状内皮系统可起到吞噬和解毒作用,此为免疫屏障的第二道防线。
在免疫系统受损时,侵入的细菌及内毒素进入体循环和组织。
临床研究亦显示在创伤、手术、饥饿、长期全胃肠外营养(TPN)时肠黏膜屏障功能减弱,肠黏膜的通透性增大,导致细菌移位、内毒素血症,直至败血症,最终的结果便是肠衰竭直至多器官衰竭而危及生命。
因此,了解肠内营养(EN)与肠屏障功能的关系有着非常重要的临床意义。
1 肠黏膜屏障的生理组成与作用正常人体的肠黏膜屏障由肠黏膜上皮、肠道内正常菌群、肠道内分泌物和肠相关免疫细胞组成,正常情况时肠黏膜表面生长着大量的厌氧菌,肠黏膜细胞主要是柱状上皮细胞及少量的杯状细胞,内分泌细胞及Paneth细胞。
近年来,国外学者还发现肠道内还存在着一种M细胞,它是肠壁上唯一具有通透性的上皮细胞,抗原、细菌、病毒可通过这一薄弱环节侵入体内。
正常肠屏障功能的维持依赖于由胃肠相关淋巴组织产生的特异性的分泌型免疫球蛋白S-IgA,以及非特异性的机械和化学屏障,如胃酸、蠕动、肠上皮紧密连接、黏液、消化酶和正常菌群等。
维持正常的上皮细胞能防止经上皮的细菌移位,保护好紧密连接能防止经细胞旁通道的细菌移位。
肠黏膜约有500万个绒毛,总面积约10m2,在某些情况下是细菌及毒素侵入人体的危险通道。
当机体应激反应过度或失调,可首先使肠道黏膜屏障的完整性遭到破坏,肠黏膜通透性增高,使原先寄生于肠道内的细菌和内毒素穿越受损的肠道黏膜,大量侵入正常情况下是无菌状态的肠道以外的组织,如黏膜组织、肠壁、肠系膜淋巴结、门静脉及其他远隔脏器和系统,发生细菌(内毒素)移位,进入血液循环中的细菌和内毒素又反过来再作用于肠黏膜,进一步加重肠黏膜屏障受损,导致肠道黏膜通透性继续增高,如此形成了恶性循环,甚至发生全身炎性反应综合征(SIRS)和多器官系统功能衰竭(MOSF)。
——一主苎垫薹胰高糖素样肽2对肠道缺血再灌注小鼠肠粘膜免疫的影响中文摘要研究目的:缺血再灌注损伤常常会损害肠屏障功能,产生免疫抑制和增加肠道细菌移位。
胰高糖素样肽2(GLP一2)是新近发现的肠道特异性生长因子。
近年来的研究发现,使用GLP一2治疗,可以增加啮齿类动物小肠粘膜的增生,并能防止和治疗休克、放疗、化疗、肠外营养等诱发的消化道损伤和免疫功能损害。
本研究通过建立小鼠肠道缺血再灌注模型,以探讨GLP一2对维持正常的肠屏障功能、减轻免疫抑制和减少肠道细菌移位的影响。
材料和方法:实验1:将30只雄性ICR小鼠(30~409)随机分成正常对照组(N组)、实验对照组(C组)和GLP一2预处理组(P组)。
所有小鼠均予普食,P组小鼠给予10“g/ml的GLP一2PBS溶液,0.5ml,皮下注射,一日两次,连续5天。
N组、C组小鼠给予0.Olmmol/LPBS液,0.5ml,皮下注射,一目两次,连续5天。
C组和P组小鼠均在麻醉后剖腹,分离出肠系膜上动脉,以丝线结扎20分钟后松开,形成肠道的缺血及再灌注状态。
24小时后统计各组死亡率。
所有小鼠均在24小时后处死,在无菌条件下,分别取肝、脾、肠系膜淋巴结和肺组织作细菌培养和菌种鉴定,鲎试验合成基质偶氮显色法检测血浆内毒素,二抗夹心ELISA法测量肺和全小肠灌洗液sigh含量,分别切取近端、远端空肠和末段回肠作形态学和免疫组化检测肠粘膜淋巴细胞的分布和数量,ELISAKit试剂盒测量肠粘膜细胞因子IL一2、4、6、10和IFN—Y的变化。
实验2:将70只雄性ICR小鼠(30~409)随机分成正常对照组(N组)、实验对照组(c组)和GLP~2治疗组(T组)。
除N组外的小鼠均制成肠道缺血再灌注模型。
所有小鼠均予普食。
N组和C组给予皮下注射0.Olmmol/LPBS液,0.5ml,一日两次,直至处死。
T组给予皮下注射lOpg/ml的GLP一2PgS溶液,0.5ml,一日两次,直至处死。
肠道屏障的组成,破坏因素和修复方法肠道表面是人的内表面,换句话说,肠道内部是人的体外。
在漫长的进化过程中,人体内表面形成了一个精密神奇的有机屏障——肠道屏障。
肠道屏障每天都与大量物质,包括食物成分和微生物进行复杂的信息交流,决定这些物质是否应该并能否进入体内。
功能完好的肠道屏障是人体几乎所有器官和系统正常运行的基本保障。
I. 肠道屏障组成肠道屏障主要由生物屏障、机械屏障、化学屏障和免疫屏障四部分组成。
①生物屏障由肠道共生微生物构成,消化道栖息的共生微生物之间相互依赖相互制约,通过生物拮抗作用和免疫机能为宿主构起一道生物防线;②机械屏障是由肠黏膜上皮细胞、侧面的细胞连接和上皮下固有膜等组成,是指正常机械屏障的黏膜上皮细胞及其细胞间的各种紧密连接(由多种紧密结合蛋白和钙粘蛋白等构成),它能够抵御外环境中病原体和有害物质入侵肠黏膜,还能阻止细胞间隙中物质的渗出,是维持肠上皮选择通透性及屏障功能结构基础;③化学屏障主要由肠道分泌的各种消化酶、溶解酶、粘液等构成;④免疫屏障由肠上皮细胞、肠上皮内淋巴组织、固有层淋巴细胞、派伊氏结(PP)和肠系膜淋巴结等肠道组织及肠道浆细胞分泌型免疫球蛋白A(sIgA)构成。
II. 肠道屏障稳态肠道屏障不像墙壁般固若金汤、一成不变,而是处在不断损耗和修复的动态平衡之中。
①在进食不同阶段,肠道的运动和分泌随时发生变化,而在这一过程中肠道微生物由于饮食变化不断为生存竞争和繁衍。
②肠道黏液层厚度也并非一成不变,而是在不断生成和侵蚀的平衡之中自我调节;③肠道上皮细胞会频繁更新,老细胞前仆,新细胞后继,并在免疫和其他机制调控下保持结构的完整。
④肠道上皮细胞之间的链接如紧密结合蛋白,也看菜下饭地随菌群和上皮细胞的变化而变化;⑤肠道免疫细胞也受菌群和进入物质的影响,不断分化,相当一部分随后会通过循环系统流向身体其他部位。
III. 肠漏及其影响肠道屏障对人体健康至关重要,2400多年前有先见之明的希波克拉底就提出“万病始于肠道”。
胃肠道粘膜保护和免疫抑制胃肠道粘膜特别是小肠粘膜的表面积非常大,动物通过这一表面与各种养分、微生物和外源性毒素发生直接接触。
小肠不仅能使养分在肠腔和血液循环系统之间进行交换,而且也能防止病原体穿过肠壁进入体内。
因此,小肠具有一系列粘膜防御机制,根据其性质,这些防御机制大体上可以分为非免疫性和免疫性两种。
一非免疫性防御(一)胃及小肠胃是一个重要的非免疫防御器官,胃的酸性环境极大地抑制了微生物的繁殖,减少了进入小肠的微生物数目。
那些耐过胃的酸性环境而进入小肠的微生物受到小肠中碱性环境(更有利于细菌的繁殖)的影响其数目增加,也增加了微生物附着在粘膜上皮上的可能性。
为对付这些微生物的侵袭,动物在进化过程中形成了进一步的小肠免疫性防御机制,容当后论。
小肠的非免疫性防御机制包括能杀死某些微生物的胆汁和能使细菌细胞壁降解的含有蛋白酶的胰液。
上皮细胞本身也是屏壁,单个肠细胞紧密接合,这可以阻止大分子的通过。
另外,小肠绒毛上的肠细胞每3-6天更替一次,这进一步阻止了病原微生物在肠道中的定居和繁殖。
肠蠕动会产生一种机械性清理作用,可以防止微生物在小肠上段上皮上的附着。
杯状细胞分泌的粘液可以保护肠上皮的表面,也提供了一个能够捕获抗原的粘性基质。
(二)大肠及小肠的微生物群系大肠中的环境为:pH近中性,厌氧条件,运动性减低。
这种条件有利于大量正常菌群的繁殖和生长。
除了为宿主动物本身提供营养以外,这些肠道固有细菌在维持肠道功能健康方面具有举足轻重的作用。
正常菌群的最重要作用莫过于它能阻止侵入肠道中的病原微生物的定居(Hentges 1983),这种作用就是所谓的定居抗力(Colonization resistance)。
正常细菌产生定居抗力所*的机制包括:利己不利它的pH、与病原微生物竞争养分、竞争肠上皮上的附着点,并在局部产生细菌素。
虽然大肠的环境对宿主最为有利,但微生物依然要在胃、小肠和大肠中定居。
在小肠中这些微生物群系存在于小肠上皮细胞表面、肠绒毛表面的粘液中、隐窝中和肠腔中。
肠道屏障的机理和应用研究进展Wxj摘要:正常肠道功能除了消化吸收之外还有强大的抵御肠道有害微生物及其产生的各类毒素的屏障功能[1],保证动物肠道健康主要依靠肠道的三大屏障,即肠黏膜上皮屏障、肠道免疫细胞及其分泌物所形成的免疫屏障以及肠道正常微生物群所构成的生物屏障。
多年来,关于这三大屏障的结构基础和大概的作用机理已经研究的较为清楚,目前相关工作人员除在积极探索完善深层机理之外,还做了很多应用方面的工作。
本文就肠道屏障的机理及应用做一综述。
1肠黏膜上皮屏障的组成1.1紧密连接的分子结构由完整的肠上皮细胞和相邻肠上皮细胞之间的连接构成的黏膜屏障是肠道最重要的一道屏障。
相邻上皮细胞间的连接方式有多种,如紧密连接、缝隙连接、粘附连接以及桥粒等。
而紧密连接是细胞间最重要的连接方式,其功能是只允许离子及小分子可溶性物质通过,而不许毒性大分子及微生物通过,这种特殊生理功能在肠道屏障的维护中起着举足轻重的作用。
现已证明多种蛋白参与紧密连接的形成,根据不同作用可将这些蛋白分为结构蛋白(occludin,claudin[2, 3],JAM等)和调节蛋白(如E钙粘素、肌动蛋白、肌球蛋白、Cingulin 等)。
诸多紧密连接蛋白中,尤以Occludin及Claudins最为重要,Occludin为一完整的II型跨膜蛋白,分子质量约为65ku,含四个跨膜结构,在维持和调节紧密连接屏障功能中具有重要作用,而根据冰冻刻蚀电镜技术显示Claudins是构成紧密连接线的主要成分。
外周膜蛋白ZO1的C末端则可结合肌动蛋白和应激纤维,从而将Occludin和肌动蛋白骨架系统连接在一起构成稳定的连接系统。
`1.2紧密连接的作用作为肠黏膜屏障的关键组成,紧密连接的作用包括选择性屏障和维持栅栏功能。
肠道上皮紧密连接作为动态的通透性屏障,作用是双重的:阻止潜在的有害物质或病原体进入机体,同时允许营养物质、离子和水进入体内。
临床研究发现,高糖饮食时葡萄糖吸收率并不与葡萄糖转运体的增加成正比。
一、背景介绍肠道屏障是由肠黏膜的上皮细胞和黏膜下层结缔组织构成的,它具有阻止有害物质进入体内、维持肠道内稳定微环境的功能。
当肠道屏障功能受损时,可能导致肠道菌裙失调、慢性炎症、自身免疫性疾病等疾病的发生。
研究肠道屏障损伤的细胞试验指标对于预防和治疗相关疾病具有重要意义。
二、肠道屏障损伤的细胞试验指标1. 紧密连接蛋白(tight junction protein):紧密连接蛋白是肠道上皮细胞之间重要的黏附蛋白,能够维持肠黏膜屏障的完整性。
研究表明,一些疾病状态下紧密连接蛋白的表达受到影响,导致肠道屏障功能受损。
2. 上皮细胞脱离和凋亡(epithelial cell shedding and apoptosis):肠道上皮细胞的脱离和凋亡是肠道屏障损伤的重要标志,一些炎症因子和细菌毒素能够诱导上皮细胞脱离和凋亡,从而损害肠道屏障功能。
3. 粘膜免疫和炎症因子(mucosal immunity and inflammatory cytokines):肠道黏膜免疫系统是维护肠道屏障稳定的重要组成部分,炎症因子的异常分泌可能导致肠道屏障功能受损。
4. 黏膜屏障通透性(mucosal barrier permeability):肠道屏障通透性的增加是肠道屏障功能受损的主要特征之一,通过测量黏膜屏障通透性指标可以评估肠道屏障的健康状况。
5. 肠道菌裙失调(intestinal dysbiosis):肠道屏障的健康与肠道微生态的平衡密切相关,一些研究表明肠道菌裙失调会导致肠道屏障功能受损。
三、肠道屏障损伤的细胞试验指标与临床意义1. 早期预警和诊断:通过测量肠道屏障损伤的细胞试验指标,可以及早发现肠道屏障的损伤,为相关疾病的早期预警和诊断提供重要依据。
2. 治疗策略制定:了解肠道屏障损伤的细胞试验指标可以为相关疾病的治疗策略制定提供依据,例如针对上述指标的调节可能成为治疗策略的重要环节。
3. 新药研发:肠道屏障损伤的细胞试验指标可作为新药研发的重要参考,验证新药对肠道屏障功能的影响。